CC BY
55
УДК 615.33:577.4
ВЛИЯНИЕ ЦЕФТРИАКСОНА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МИКРОСООБЩЕСТВ МОДЕЛЬНЫХ ГИДРОЭКОСИСТЕМ
© 2011 З.Е. Мащенко1, Р.В. Шафигулин1, И.Ф. Шаталаев2
1 Самарский медицинский институт «Реавиз» 2 Самарский государственный медицинский университет
Поступила в редакцию 18.05.2011
В работе представлены данные динамики дегидрогеназной активности водных микроорганизмов при действии цефтриаксона в зависимости от концентрации и времени инкубации в аэробно-анаэробных условиях. Показана возможность биодеструкции цефтриаксона водными микроорганизмами активного ила.
Ключевые слова: антибиотики, цефтриаксон, дегидрогеназная активность ила, биодеструкция
В последние годы в литературе обсуждается проблема, связанная с появлением фармацевтических препаратов в окружающей среде и их влиянием, на живые организмы. Около 100 различных лекарственных средств были обнаружены в воде при концентрациях от нг/л до мг/л. Концентрации этих веществ незначительны, однако они могут представлять угрозу, поскольку поступление последних в окружающую среду носит постоянный характер [3, 5]. Кроме того, лекарственные средства оказывают определенное биологическое действие на живые системы и обладают способностью к биоаккумуляции. Так, в тканях рыб были обнаружены препараты женских половых гормонов, что приводит к эстро-генному эффекту на рыб мужского пола [4]. Наблюдается существенное увеличение загрязнения окружающей среды антимикробными средствами. Присутствие в воде антибиотиков составляет особую проблему, заключающееся в стимулировании селекции патогенной микрофлоры, обладающей устойчивостью к названным средствам.
В настоящее время все городские сточные воды, поступающие на станции аэрации, содержат препараты противомикробного действия в различных концентрациях. В значительных количествах они присутствуют в сточных водах медицинских учреждений и фармацевтических производств. Содержание антибиотиков зависит от численности населения, от времени года и некоторых других факторов [6]. Определение функционального состояния активных илов сооружений биологической очистки возможно с помощью биологических тестов. В частности, могут быть использованы данные изменения
Мащенко Зинаида Евгеньевна, кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры фармации. Е-mail: [email protected]
Шафигулин Роман Владимирович, кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры фармации. Е-mail: [email protected]
Шаталаев Иван Федорович, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой химии фармацевтического факультета. Е-mail: [email protected]
общей дегидрогеназной активности ила, снижение которой по отношению к контролю свидетельствуют об ингибирующем влиянии компонентов сточных вод на ферментные системы микроорганизмов активного ила [1, 2].
Цель работы: исследование возможности биодеструкции цефтриаксона водными микроорганизмами активного ила.
Материалы и методы исследования. Объектом исследования служил антибиотик группы цефалоспоринов - цефтриаксон. Цефа-лоспорины классифицируется на 4 группы (на основе спектра их действия). Выбранный антибиотик относится к цефлоспоринам третьего поколения, химическое строение которого представлено на рис. 1.
Б'
Б НС
С—С—N4 _
N 0 Я^Ч-бЧ у
N
0
1
СН
О
3
СООН
О
ОН
Рис. 1. Химическая структура цефтриаксона
В экспериментах использовали активный ил регенератора первой секции аэраторов городской станции МП «Самараводоканал». Инкубацию осуществляли в течение 4 часов при температуре 200С в аэробно-анаэробных условиях; отбор проб проводили через каждый час. Концентрацию цефтриаксона варьировали в количестве 10-70 мг/г биомассы. Определение дегидрогеназной активности проводили по методике, основанной на восстановлении индикатора 2,3,5-трифенилтетразолия хлорида с последующим фотометрическим анализом полученных растворов. Изменение дегидрогеназной активности в пробах рассчитывали как процентное отношение оптической плотности в опытной пробе к оптической плотности в контрольной пробе.
Водные ресурсы
Содержание цефтриаксона устанавливали методом обращено-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии на «Милихром -1» с УФ-детектором с рабочей длиной волны 254 нм. Использовали колонку Ultrasep ES 100 ИР 18 (длина 120 мм), заполненную сорбентом С18 с размером частиц 4 мкм. В качестве подвижной фазы применяли ацетонитрил/вода/СН3СООКН в соотношении 10/88/2 об.%. Для обработки результатов использовали программу «Мульти-Хром» 3,0v (Ampersand LTd). В качестве контроля применялись водные растворы антибиотика с такими же концентрациями. Контрольные образцы служили для того, чтобы подтвердить отсутствие пассивного гидролиза или фотолиза цеф-триаксона.Изменение содержания цефтриаксона в пробах рассчитывали как процентное отношение площади пика цефтриаксона на хромато-грамме опытной пробы к площади пика на хро-матограме контрольной пробы.
Результаты и их обсуждение. В таблице 1 приведена динамика изменения активности де-гидрогеназ при действии цефтриаксона в диапазоне концентраций 10-70 мг/г биомассы.
Таблица 1. Изменение дегидрогеназной активности при действии цефтриаксона, в %
Концентра- Дегидрогеназная
ция анти- активность, %
биотика, мг/г био- время инкубации, час
1 2 3 4
массы
10 -6,49 -18,98 -23,50 15,10
20 -2,42 -14,26 2,19 0,86
30 -5,71 -11,11 21,73 1,92
40 11,02 -14,55 13,66 -4,60
50 9,91 -18,84 5,72 -0,96
60 11,64 -26,82 0,57 2,88
70 7,89 -20,00 -6,24 0,60
На рис. 2 показана динамика изменения дегидрогеназной активности при действии цефтриаксона в различных концентрациях в зависимости от времени инкубации. Цефтриаксон в концентрациях 10-30 мг/г биомассы в течение первого часа инкубации приводил к снижению активности дегидрогеназ. Серии экспериментов с содержанием антибиотика 40-70 мг/г биомассы показали увеличение активности ферментов. В течение следующего часа наблюдали уменьшение дегидрогеназной активности во всех исследуемых концентрациях. К третьему часу инкубации исследуемый антибиотик в концентрациях 20-70 мг/г биомассы приводил к незначительной активации ферментов. К завершению эксперимента практически во всех пробах активность ферментов достигала уровня контроля.
В таблице 2 приведена динамика изменения содержания цефтриаксона в активном иле при действии антибиотика в диапазоне концентраций 10-70 мг/г биомассы.
Рис. 2. График зависимости дегидрогеназной активности ила от концентрации цефтриаксона во времени инкубации
Таблица 2. Изменение содержания цефтриаксона в активном иле, в %
Концентрация антибиотика, мг/г биомассы Содержание цефтриаксона, %
Время инкубации, час
1 2 3 4
10 -37,96 -34,82 -53,62 -50,61
20 -36,16 -34,84 -40,13 -44,44
30 -29,11 -39,59 -41,53 -40,16
40 -43,25 -50,17 -51,71 -63,86
50 -27,85 -32,034 -43,00 -49,44
60 -24,92 -40,41 -32,15 -40,62
70 -34,22 -35,97 -41,51 -44,36
В течение первого часа инкубации отмечали уменьшение содержания цефтриаксона во всех исследуемых пробах в среднем на 30%. Двухчасовая экспозиция приводила к усилению процессов биодеструкции антибиотика в концентрациях 30-70 мг/г биомассы. На протяжении третьего часа инкубации во всем диапазоне исследуемых концентраций наблюдали усиление процессов биотрансформации фармацевтического препарата. Продолжение инкубации сопровождалось устойчивым снижением содержания исследуемого вещества во всех опытных образцах.
Выводы: проведенные эксперименты показали положительную динамику биодеструкции цефтриаксона водными микроорганизмами. Значительное уменьшение содержания количества вещества установлено в первые три часа эксперимента. Данные о активности дегидрогеназ водных микроорганизмов свидетельствуют о том, что указанный антибиотик в диапазоне исследуемых концентраций не представляет угрозы для микросообществ экосистемы. Полученные результаты указывают на возможность и целесообразность биологической очистки воды, содержащей цефтриаксон, на городских станциях аэрации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Шаталаев, И.Ф. Биотестирование токсичности сточных вод по дегидрогеназной активности ила. Методические рекомендации / И.Ф. Шаталаев. -Самара, СамГМУ, 1998. 6 с.
2. Приказ Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ №533 от 27 декабря 1995 г. О проведении эксперимента по внедрению методов биотестирования при оценке качества возвратных вод и взимания платы с учетом их токсичности.
3. Boxall, A. Veterinary medicines in the environment / A. Boxall, L.A. Fogg, P. Blackwell et al. // Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2004. № 180. P. 1-91.
4. Kirby, M.F. The presence of morphologically intermediate papilla syndrome in United kingdom populations of sand goby (Pomatoschistus spp.): endocrine disruption? / M.F. Kirby, J. Bignell, E. Brown et al. // Environ. Toxicol. Chem. 2003. № 22. Р. 239-251.
5. Kümmerer, K. Drugs in the environment: emission of drugs, diagnostic aids and disinfectants into wastewater by hospitals in relation to other sources - a review // Chemosphere. 2001. № 45. Р. 957-969.
6. Lindberg, R.H. Screening of human antibiotic substances and determination of weekly mass flows in five sewage treatment plants in Sweden / R.H. Lindberg, P. Wennberg, M. I. Johansson et al. // Environ. Sci. and Technol. 2005. Vol. 39. № 10. Р. 3421-3429.
ŒFTRIAXON INFLUENCE ON THE FUNCTIONAL CONDITION OF MODEL HYDROECOSYSTEMS MICROCOMMUNITIES
© 2011 Z.E. Mashchenko1, R.V. Shafigulin1, I.F. Shatalaev2
1 Samara Medical Institute "REAVIZ" 2 Samara State Medical University
In work data about dynamics of dehydrogenase activity of water microorganisms at ceftriaxon action depending on concentration and incubation time in aerobic-anaerobic conditions is presented. Possibility of ceftriaxon biodestruction by water microorganisms in active silt is shown.
Key words: antibiotics, ceftriaxon, dehydrogenase activity of silt, biodestruction
Zinaida Mashchenko, Candidate of Pharmacy, Associate Professor at the Pharmacy Department. Е-mail: [email protected]
Roman Shafigulin, Candidate of Chemistry, Senior Lecturer at the Pharmacy Department. Е-mail: [email protected] Ivan Shatalaev, Doctor of Biology, Professor, Head of the Chemistry Department at the Pharmaceutical Faculty. Е-mail: [email protected]
